液压钻机的液压系统设计设计1.docx

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液压钻机的液压系统设计设计1

毕业设计液压钻机的液压系统设计

摘要

水平定向钻机铺管技术是目前应用最广泛的非开挖铺管技术之一，可用于穿越道路、河流、建筑物等障碍物铺设管线，具有快速、高效、不破坏环境及影响交通等突出优点。

在当今中国基础设施建设如火如荼的大环境下，拥有广泛的市场前景。

目前，对比与国外先进的水平定向钻机研发水平，我国的钻机研发还处于一个比较落后的水平，因此加快水平定向钻机的研发工作具有明显的社会意义和经济意义。

钻机的液压系统直接负责整机的控制和传动系统，直接影响到系统的各项性能指标，是钻机的关键技术。

本文叙述了水平定向钻机液压系统设计过程。

首先，比较详尽地描述了水平定向钻机的工作原理、各项性能指标、设计参数、结构组成，同时分析了各机构的工况和负载情况，为下一步液压系统的设计提供设计依据。

然后根据前面分析的结果，对液压系统进行设计，并合理选择各子系统的液压元件，最后，进行液压系统的性能验算。

本文设计的液压系统可以使发动机-液压系统的性能达到较好的状态，发动机功率利用率、液压系统传动效率以及钻机的作业效率也比较高。

关键词：

水平定向钻机；液压系统设计；液压元件选择；性能验算

Abstract

HorizontalDirectionalDrillpipelayingtechnologyiscurrentlythemostwidelyusedtechniquefortrenchlesspipe-layingcanbeusedacrosstheroads,rivers,buildings,obstaclessuchaslayingpipelines,withafast,efficient,withoutdamagingtheenvironmentandhighlighttheadvantagesoftraffic.InfrastructureconstructioninChinatodayinfullswingenvironment,havebroadmarketprospects.Atpresent,thecomparisonwithforeignadvancedlevelofresearchanddevelopmentofhorizontaldirectionaldrilling,drillingriginChinaisstillinabackwardR&Dlevels,accelerateresearchanddevelopmentofhorizontaldirectionaldrillinghasobvioussocialsignificanceandeconomicsignificance.

Drillingmachinehydraulicsystemisdirectlyresponsibleforthecontrolandtransmissionsystem,directlyaffectthesystemperformanceisthekeytechnologyofdrillingrig.Thispaperdescribesthedesignofthehydraulicsystemofhorizontaldirectionaldrillingprocess.First,moredetaileddescriptionofthehorizontaldirectionalcobaltmachineworks,theperformanceindicators,designparameters,structure,andanalyzesthevariousagenciesworkingconditionsandloadconditions,forthenextdesignofthehydraulicsystemdesignbasis.Thenthepreviousresultsoftheanalysisofthehydraulicsystemdesign,andareasonablechoiceofhydrauliccomponentsofeachsubsystem,andfinally,checkingtheperformanceofthehydraulicsystem.Thisdesignallowsthehydraulicsystemoftheengine-hydraulicsystem'sperformancetogoodcondition,enginepowerutilization,righydraulicsystemtransmissionefficiencyandhigheroperatingefficiency.

Keywords:

horizontaldirectionaldrilling;hydraulicsystemdesign;hydrauliccomponentselection;performancecalculation

1.绪论

1.1水平定向钻进铺管技术简介

1.1.1非开挖技术简介

非开挖铺管技术是一种新型铺管技术，与传统的开挖作业相比，具有快速、高效、不破坏环境及绿化和不干扰。

交通等优点，其应用日益广泛，将成为未来城市铺管作业的主流技术。

非开挖技术比较常用的定义主要有以下两种：

1）非开挖施工技术是指在不开挖地表的条件下探测、检查、修复、更换和铺设各种地下公用设施（管道和电缆）的任何一种技术和方法；2）指利用岩土钻掘、定向测控等技术手段，在不破坏地面情况下进行不同用途、不同材质管线的铺设、修复和更换所使用的施工技术。

广泛用于市政、电信、电力，煤气、油气、自来水、有线电视、热力等管线工程部门，也可用于水平降水工程、管棚支护工程以及污染物防渗治理工程等。

目前。

开挖铺管技术主要包括水平定向钻进铺管技术，微型隧道铺管技术、冲击矛铺管技术、夯管法铺管技术等。

1.1.2水平定向钻进铺管技术简介

水平定向钻进铺管技术是目前应用最为广泛的非开挖技术之一，它将石油工业的定向钻进技术与传统的管线施工方法相结合，为地下管线施工带来了一次技术革命。

特别是在需要穿越地表以上障碍物或大中型河流时，定向钻进方法是最好的管线铺设方法之一。

它采用方向可控和以水射流破土为主的钻进技术，使用地表放置的钻机，按设计轨迹预钻一个导孔，然后在扩孔和回拉的同时铺入管线，管线直径范围一般在50-450mm。

水平定向钻进铺管技术可用于穿越道路、河流、建筑物等障碍物铺设管线，工作原理是采用定向钻进技术，按设计的钻孔轨迹施工一个定向孔，然后在钻杆柱端部换接大直径的扩孔钻头和直径小于扩孔钻头的待铺设管线，在拉回钻杆的同时将钻孔扩大，同时拉入需铺设的管道，在钻掘定向孔的过程中，利用膨润土、水，气混合物来润滑、冷却和运载切削的土至地面，钻具上安装了定向测控仪，可改变钻头的倾斜角度，钻进的长度就是钻杆总长度，适用于各种土层，砂卵石层和岩层。

1.2国内外水平定向钻机研发现状和发展

1.2.1国外水平定向钻机的研发现状

水平定向钻机（HDD，HorizontalDirectionalDrill）起源于上世纪七十年代末期，随着技术和装备的不断完善和改进，八十年代中期在发达国家才被广泛接受和认可，得于迅速发展，井以其独特的技术优势和广发的市场前景的道路世界各国的重视。

据了解，目前国外有三十余家HDD制造商，例如，典型厂家有美国的DITCHWITCH公司、威猛公司、凯斯公司、英格索兰公司等。

国外HDD产品规格齐全，自动化程度高，结构紧凑，地层适应性强，性能覆盖范围大，功率匹配合理、可靠，技术水平含量高，尤其是在PLC控制、自动更换钻杆等方面尤其独特的先进性和优越性。

目前国外HDD的发展朝着大型化、微型化、硬岩作业、机械自动化、超深度导向监控等趋势发展。

1.2.2国内HDD现状

国内的HDD研发相对于国外来说，起步较晚，与国际先进水平存在很大的差距，特别是在导向监控方面，很大程度上依赖国外的技术。

90年代中期以来，原地矿部、建设部、冶金部等相关单位，在一些小型HDD的自主研发上取得了一些突破和可惜的成绩。

主要产品有中国地质科学院勘探研究所生产的GBS系列定向钻机、连云港黄海机械厂等单位研发的FDP系列水平定向钻机等。

“十五”期间，国内HDD产品研发取得较大发展。

如中联重科、深圳钻通、徐工、北京土行孙、南京地龙等企业都相应开发出自己的产品。

性能大幅提高，不少产品技术水平很高，到达国际先进水平。

如徐工集团的ZD系列钻机，在参考国外同类机型的基础上，采用机电液集成的PLC控制、电液比例控制等技术，具有较高的技术水准和市场竞争力。

但是，总的说来，我国的HDD与国外相比还是存在相当的差距，还有待于我们一起努力，使我国的钻机行业早日赶上并超越国际先进水平。

图1.1分别是国外和国内研发的两种型号的水平定向钻机的基本外形。

a）国外某型号水平定向钻机

b）国内某厂商研制的水平定向钻机

图1.1水平定向钻机的基本外形

1.3水平定向钻机液压系统

1.3.1水平定向钻机液压系统简介

液压技术在水平定向钻机上特别是在中大功率钻机上被广泛采用。

钻机上应用液压技术是在七十年代开始的，最初主要是用于给进机构。

随着液压技术的蓬勃发展，液压技术在钻机上的应用也越来越普遍。

与传统的机械钻机相比，全液压钻机具有功率重量比大，控制性能好等优点，因此很快得到了推广和应用。

随着钻机功率的增大，系统的能耗和发热问题越来越突出，成为制约和影响钻机性能发挥的重要因素。

因此，在全液压钻机设计中，迫切需要应用液压技术和液压元件发展的最新成果，对传统的液压系统进行技术改造，达到完善功能、提高效率的目的·

1.3.2钻机液压系统的发展现状和趋势

20世纪是科学技术飞速发展的一个世纪，各项科学技术在各个领域取得了全所未有的突破性进展。

液压技术也不断取得新的突破，使整个机械装备性能发生突破性前进。

特别是20世纪下半叶以来，流体传动与控制技术和电子技术、信息技术相结合，发展了机械电子液压一体化的器件和系统。

电液阀和电液控制系统在各类机械设备上获得了广泛应用，机械装备迅速向机电液一体化方向发展。

1.4课题背景及论文主要工作内容

1.4.1课题背景及来源

随着我国国民经济的高速发展和政府对环境的日益重视，自20世纪90年代以来，

我国非开挖的工程施工量和投入的设备数量均以每年40％的高速度增长。

非开挖技术

在我国已形成了一个新兴产业，引起了各级政府和环境部门的高度重视。

我国极具潜

力的非开挖技术市场也吸引了大批国际非开挖设备制造商。

在中国管道建设大发展的

21世纪，非开挖技术将具有十分广阔的应用前景，经济效益和社会效益也非常巨大。

现代工程的施工量较大，工期要求比较严格，因此在施工过程中，提高作业效率、减轻操作人员的劳动强度，就显得尤为重要。

从市场需求来看，用户对施工质量的要求越来越高，一些传统的产品已无法满足施工要求，只有自动化程度高、适应范围广、采用先进施工工艺的新型机器才能一显身手，这也是今后水平定向钻机的发展方向。

为了满足日益增长的非开挖施工建设的需要，应尽快提高我国水平定向钻进技术水平，这需要从结构设计、液压系统、智能控制以及施工工艺等几个方面入手。

结构设计是指对底盘、发动机系统、动力头、动力头给进/回拖机构、钻杆装卸机构、